特開 2023-163856 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023163856

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20231102BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20231102BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

H01L23/36 C

H01L23/12 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022075048

(22)【出願日】2022-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】野津 浩史

【テーマコード（参考）】

5F136

【Ｆターム（参考）】

5F136BA30

5F136BB04

5F136DA26

5F136DA27

5F136DA41

5F136EA15

(57)【要約】      （修正有）

【課題】小型化と信頼性の向上とを両立できる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体モジュール１は、絶縁基板１２３と、絶縁基板１２３の上に形成され、第１領域１１１及び第２領域１１２を有する第１導電層１１と、第１導電層１１の第１領域１１１の上に設けられ、かつ、互いに電気的に並列に接続された複数の第１トランジスタ２００と、第１導電層１１の第２領域１１２の上に設けられた複数の第１ダイオード３００と、を有する。第１ダイオード３００は、第１トランジスタ２００に電気的に並列に接続され、第１トランジスタ２００の平均間隔は、第１ダイオード３００の平均間隔よりも大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁基板と、
前記絶縁基板の上に形成され、第１領域及び第２領域を有する導電層と、
前記導電層の前記第１領域の上に設けられ、かつ互いに電気的に並列に接続された複数のスイッチング素子と、
前記導電層の前記第２領域の上に設けられた複数のダイオード素子と、
を有し、
前記複数のダイオード素子は、前記複数のスイッチング素子に電気的に並列に接続され、
前記複数のスイッチング素子の平均間隔は、前記複数のダイオード素子の平均間隔よりも大きい半導体装置。

【請求項2】

前記スイッチング素子の動作時の発熱密度は、前記ダイオード素子の動作時の発熱密度よりも大きい請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記複数のスイッチング素子は、一列に等間隔で配置されている請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記複数のダイオード素子は、等間隔で配置されている請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第１領域は、平面視で前記複数のスイッチング素子を囲む最小の第１矩形領域であり、
前記複数のスイッチング素子のうちで隣り合う２個のスイッチング素子の間隔は、前記第１矩形領域の重心に近いスイッチング素子の組み合わせほど大きい請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第２領域は、平面視で前記複数のダイオード素子を囲む最小の第２矩形領域であり、
前記複数のダイオード素子のうちで隣り合う２個のダイオード素子の間隔は、前記第２矩形領域の重心に近いダイオード素子の組み合わせほど大きい請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記スイッチング素子は、炭化珪素系トランジスタ素子である請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記ダイオード素子は、炭化珪素系ショットキーバリアダイオード素子である請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記スイッチング素子と同数の第１接合材と、
前記ダイオード素子と同数の第２接合材と、
を有し、
前記第１接合材の各々が１個の前記スイッチング素子を前記導電層に接合し、
前記第２接合材の各々が１個の前記ダイオード素子を前記導電層に接合している請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記第１接合材の材料と前記第２接合材の材料とが同一である請求項９に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記第１接合材の厚さと前記第２接合材の厚さとが等しい請求項９に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

同一の放熱板の上に並列に接続された複数の半導体素子に関し、放熱板の中心部における半導体素子の放熱性を向上させることを目的として、複数の半導体素子の間隔を放熱板の端部より中心部において大きくした構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－１３６２２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の半導体装置では、小型化と信頼性の向上との両立が困難である。

【0005】

本開示は、小型化と信頼性の向上とを両立できる半導体装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の半導体装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板の上に形成され、第１領域及び第２領域を有する導電層と、前記導電層の前記第１領域の上に設けられ、かつ互いに電気的に並列に接続された複数のスイッチング素子と、前記導電層の前記第２領域の上に設けられた複数のダイオード素子と、を有し、前記複数のダイオード素子は、前記複数のスイッチング素子に電気的に並列に接続され、前記複数のスイッチング素子の平均間隔は、前記複数のダイオード素子の平均間隔よりも大きい。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、小型化と信頼性の向上とを両立できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る半導体モジュールを示す上面図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る半導体モジュールを示す断面図（その１）である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る半導体モジュールを示す断面図（その２）である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る半導体モジュールを示す回路図である。

【図5】図５は、第２実施形態に係る半導体モジュールを示す上面図である。

【図6】図６は、第３実施形態に係る半導体モジュールを示す上面図である。

【図7】図７は、第３実施形態に係る半導体モジュールを示す断面図（その１）である。

【図8】図８は、第３実施形態に係る半導体モジュールを示す断面図（その２）である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施するための形態について、以下に説明する。

【0010】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一又は対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。

【0011】

〔１〕 本開示の一態様に係る半導体装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板の上に形成され、第１領域及び第２領域を有する導電層と、前記導電層の前記第１領域の上に設けられ、かつ互いに電気的に並列に接続された複数のスイッチング素子と、前記導電層の前記第２領域の上に設けられた複数のダイオード素子と、を有し、前記複数のダイオード素子は、前記複数のスイッチング素子に電気的に並列に接続され、前記複数のスイッチング素子の平均間隔は、前記複数のダイオード素子の平均間隔よりも大きい。

【0012】

複数のスイッチング素子の平均間隔が複数のダイオード素子の平均間隔よりも大きいため、スイッチング素子で発生した熱を放出しやすい。また、ダイオード素子の平均間隔を大きくする必要はない。従って、小型化と信頼性の向上とを両立できる。

【0013】

〔２〕 〔１〕において、前記スイッチング素子の動作時の発熱密度は、前記ダイオード素子の動作時の発熱密度よりも大きくてもよい。スイッチング素子はダイオード素子よりも高温になりやすい。従って、複数のスイッチング素子の平均間隔が複数のダイオード素子の平均間隔よりも大きいことで、スイッチング素子の放熱性の向上により、信頼性を向上しやすい。

【0014】

〔３〕 〔１〕又は〔２〕において、前記複数のスイッチング素子は、一列に等間隔で配置されていてもよい。この場合、スイッチング素子を配置しやすい。

【0015】

〔４〕 〔１〕～〔３〕のいずれかにおいて、前記複数のダイオード素子は、等間隔で配置されていてもよい。この場合、ダイオード素子を配置しやすい。

【0016】

〔５〕 〔１〕又は〔２〕において、前記第１領域は、平面視で前記複数のスイッチング素子を囲む最小の第１矩形領域であり、前記複数のスイッチング素子のうちで隣り合う２個のスイッチング素子の間隔は、前記第１矩形領域の重心に近いスイッチング素子の組み合わせほど大きくてもよい。この場合、第１矩形領域の重心に近いスイッチング素子で発生した熱をより放出させやすい。

【0017】

〔６〕 〔１〕、〔２〕又は〔５〕において、前記第２領域は、平面視で前記複数のダイオード素子を囲む最小の第２矩形領域であり、前記複数のダイオード素子のうちで隣り合う２個のダイオード素子の間隔は、前記第２矩形領域の重心に近いダイオード素子の組み合わせほど大きくてもよい。この場合、第２矩形領域の重心に近いダイオード素子で発生した熱をより放出させやすい。

【0018】

〔７〕 〔１〕～〔６〕のいずれかにおいて、前記スイッチング素子は、炭化珪素系トランジスタ素子であってもよい。この場合、スイッチング素子に優れた耐圧を得やすい。

【0019】

〔８〕 〔１〕～〔７〕のいずれかにおいて、前記ダイオード素子は、炭化珪素系ショットキーバリアダイオード素子であってもよい。この場合、ダイオード素子に優れた耐圧を得やすい。

【0020】

〔９〕 〔１〕～〔８〕のいずれかにおいて、前記スイッチング素子と同数の第１接合材と、前記ダイオード素子と同数の第２接合材と、を有し、前記第１接合材の各々が１個の前記スイッチング素子を前記導電層に接合し、前記第２接合材の各々が１個の前記ダイオード素子を前記導電層に接合していてもよい。この場合、製造時にスイッチング素子及びダイオード素子の位置ずれを抑制しやすい。

【0021】

〔１０〕 〔１〕～〔９〕のいずれかにおいて、前記第１接合材の材料と前記第２接合材の材料とが同一であってもよい。この場合、第１接合材及び第２接合材を同時に形成しやすい。

【0022】

〔１１〕 〔１〕～〔１０〕のいずれかにおいて、前記第１接合材の厚さと前記第２接合材の厚さとが等しくてもよい。この場合、第１接合材及び第２接合材を同時に形成しやすい。

【0023】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。本明細書及び図面において、Ｘ１－Ｘ２方向、Ｙ１－Ｙ２方向、Ｚ１－Ｚ２方向を相互に直交する方向とする。Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向を含む面をＸＹ面とし、Ｙ１－Ｙ２方向及びＺ１－Ｚ２方向を含む面をＹＺ面とし、Ｚ１－Ｚ２方向及びＸ１－Ｘ２方向を含む面をＺＸ面とする。便宜上、Ｚ１方向を上方向、Ｚ２方向を下方向とする。また、本開示において平面視とは、Ｚ１側から対象物を視ることをいう。

【0024】

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。第１実施形態は、半導体モジュールに関する。図１は、第１実施形態に係る半導体モジュールを示す上面図である。図２及び図３は、第１実施形態に係る半導体モジュールを示す断面図である。図２は、図１中のII-II線に沿った断面図に相当する。図３は、図１中のIII-III線に沿った断面図に相当する。

【0025】

図１～図３に示すように、第１実施形態に係る半導体モジュール１は、放熱板１２１と、筐体１２２と、Ｐ端子１０１と、Ｎ端子１０２と、Ｏ端子１０３と、第１ゲート端子１０４と、第２ゲート端子１０５と、第１センスソース端子１０６と、第２センスソース端子１０７とを有する。半導体モジュール１は、更に、第１導電層１１と、第２導電層１２と、第３導電層１３と、第４導電層１４と、第５導電層１５と、第６導電層１６と、第７導電層１７と、絶縁基板１２３とを有する。半導体モジュール１は、更に、複数の第１トランジスタ２００と、複数の第２トランジスタ４００と、複数の第１ダイオード３００と、複数の第２ダイオード５００とを有する。第１トランジスタ２００、第２トランジスタ４００、第１ダイオード３００及び第２ダイオード５００の数は限定されず、一例では、すべて３個である。半導体モジュール１は半導体装置の一例である。

【0026】

放熱板１２１は、例えば平面視で矩形状の厚さが一様の板状体である。放熱板１２１の材料は、熱伝導率の高い素材である金属、例えば銅（Ｃｕ）、銅合金、アルミニウム（Ａｌ）等である。放熱板１２１は、熱界面材料（thermal interface material：ＴＩＭ）等を用いて冷却器等に固定される。

【0027】

筐体１２２は、例えば平面視において枠状に形成されており、筐体１２２の外形は放熱板１２１の外形と同等である。筐体１２２の材料は樹脂等の絶縁体である。筐体１２２は、互いに対向する一対の側壁部１９１及び１９２と、側壁部１９１及び１９２の両端をつなぐ一対の端壁部１９３及び１９４とを有する。側壁部１９１及び１９２はＺＸ平面に平行に配置され、端壁部１９３及び１９４はＹＺ平面に平行に配置されている。側壁部１９１は側壁部１９２のＹ１側に配置され、端壁部１９３は端壁部１９４のＸ１側に配置されている。

【0028】

側壁部１９１の上面（Ｚ１側の表面）に第１ゲート端子１０４及び第１センスソース端子１０６が配置され、側壁部１９２の上面（Ｚ１側の表面）に第２ゲート端子１０５及び第２センスソース端子１０７が配置されている。
第１ゲート端子１０４、第１センスソース端子１０６、第２ゲート端子１０５及び第２センスソース端子１０７は、それぞれ金属板から構成されている。

【0029】

端壁部１９３の上面（Ｚ１側の表面）にＰ端子１０１及びＮ端子１０２が配置され、端壁部１９４の上面（Ｚ１側の表面）にＯ端子１０３が配置されている。例えば、Ｎ端子１０２がＰ端子１０１のＹ２側に配置されている。Ｐ端子１０１、Ｎ端子１０２及びＯ端子１０３は、それぞれ金属板から構成されている。

【0030】

筐体１２２の内側において、放熱板１２１のＺ１側に、絶縁基板１２３が配置されている。第１導電層１１、第２導電層１２、第３導電層１３、第４導電層１４、第５導電層１５、第６導電層１６及び第７導電層１７は、絶縁基板１２３のＺ１側の面に設けられている。絶縁基板１２３のＺ２側の面に第８導電層１８が設けられている。第８導電層１８が第５接合材１３８により放熱板１２１に接合されている。絶縁基板１２３の材料は、例えば窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化珪素（ＳｉＯ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等である。第５接合材１３８の材料は、例えば錫（Ｓｎ）を含む鉛フリーはんだ等のはんだである。

【0031】

Ｐ端子１０１は第１導電層１１に電気的に接続され、Ｏ端子１０３は第２導電層１２に電気的に接続され、Ｎ端子１０２は第３導電層１３に電気的に接続されている。第１ゲート端子１０４は第４導電層１４に電気的に接続され、第２ゲート端子１０５は第５導電層１５に電気的に接続され、第１センスソース端子１０６は第６導電層１６に電気的に接続され、第２センスソース端子１０７は第７導電層１７に電気的に接続されている。

【0032】

第１トランジスタ２００及び第１ダイオード３００は第１導電層１１の上に設けられている。第１トランジスタ２００のドレイン電極２３３が第１接合材１３１により第１導電層１１に接合されている。第１ダイオード３００のカソード電極３３３が第２接合材１４１により第１導電層１１に接合されている。第１接合材１３１及び第２接合材１４１の材料は、例えば錫（Ｓｎ）を含む鉛フリーはんだ等のはんだである。第１トランジスタ２００のソース電極２３２が複数のボンディングワイヤ１６１により第２導電層１２に接続されている。第１トランジスタ２００のゲート電極２３１がボンディングワイヤ１６２により第４導電層１４に接続されている。第１トランジスタ２００のソース電極２３２はボンディングワイヤ１６３により第６導電層１６にも接続されている。第１ダイオード３００のアノード電極３３２が複数のボンディングワイヤ１６４により第２導電層１２に接続されている。第１トランジスタ２００及び第１ダイオード３００の厚さは、例えば、いずれも１００μｍ以上２００μｍ以下程度である。第１トランジスタ２００はスイッチング素子の一例であり、第１ダイオード３００はダイオード素子の一例である。

【0033】

第１導電層１１は、第１領域１１１と、第２領域１１２とを有する。第１領域１１１及び第２領域１１２は、例えばＸ１－Ｘ２方向を長手方向、Ｙ１－Ｙ２方向を短手方向とする矩形状の平面形状を有する。第１領域１１１は第２領域１１２のＸ２側にある。

【0034】

複数の第１トランジスタ２００は第１領域１１１に配置されている。複数の第１トランジスタ２００はＸ１－Ｘ２方向に一列に一定の間隔Ｄｓｗ１で並ぶ。間隔Ｄｓｗ１は、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。複数の第１トランジスタ２００のＸ１－Ｘ２方向における平均間隔ＡＤｓｗ１は間隔Ｄｓｗ１である。

【0035】

複数の第１ダイオード３００は第２領域１１２に配置されている。複数の第１ダイオード３００はＸ１－Ｘ２方向に一列に一定の間隔Ｄｄｉ１で並ぶ。間隔Ｄｄｉ１は間隔Ｄｓｗ１よりも小さい。間隔Ｄｄｉ１は、例えば１ｍｍ以上９ｍｍ以下である。複数の第１ダイオード３００のＸ１－Ｘ２方向における平均間隔ＡＤｄｉ１は間隔Ｄｄｉ１である。

【0036】

第１トランジスタ２００の平均間隔ＡＤｓｗ１は第１ダイオード３００の平均間隔ＡＤｄｉ１よりも大きい。

【0037】

第２トランジスタ４００及び第２ダイオード５００は第２導電層１２の上に設けられている。第２トランジスタ４００のドレイン電極４３３が第３接合材１３２により第２導電層１２に接合されている。第２ダイオード５００のカソード電極５３３が第４接合材１４２により第２導電層１２に接合されている。第３接合材１３２及び第４接合材１４２の材料は、例えば錫（Ｓｎ）を含む鉛フリーはんだ等のはんだである。第２トランジスタ４００のソース電極４３２が複数のボンディングワイヤ１７１により第３導電層１３に接続されている。第２トランジスタ４００のゲート電極４３１がボンディングワイヤ１７２により第５導電層１５に接続されている。第２トランジスタ４００のソース電極４３２はボンディングワイヤ１７３により第７導電層１７にも接続されている。第２ダイオード５００のアノード電極５３２が複数のボンディングワイヤ１７４により第３導電層１３に接続されている。第２トランジスタ４００及び第２ダイオード５００の厚さは、例えば、いずれも１００μｍ以上２００μｍ以下程度である。第２トランジスタ４００はスイッチング素子の一例であり、第２ダイオード５００はダイオード素子の一例である。

【0038】

第２導電層１２は、第３領域１１３と、第４領域１１４とを有する。第３領域１１３及び第４領域１１４は、例えばＸ１－Ｘ２方向を長手方向、Ｙ１－Ｙ２方向を短手方向とする矩形状の平面形状を有する。第３領域１１３は第４領域１１４のＸ１側にある。

【0039】

複数の第２トランジスタ４００は第３領域１１３に配置されている。複数の第２トランジスタ４００はＸ１－Ｘ２方向に一列に一定の間隔Ｄｓｗ２で並ぶ。例えば、間隔Ｄｓｗ２は間隔Ｄｓｗ１と等しい。間隔Ｄｓｗ２は、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。複数の第２トランジスタ４００のＸ１－Ｘ２方向における平均間隔ＡＤｓｗ２は間隔Ｄｓｗ２である。

【0040】

複数の第２ダイオード５００は第４領域１１４に配置されている。複数の第２ダイオード５００はＸ１－Ｘ２方向に一列に一定の間隔Ｄｄｉ２で並ぶ。間隔Ｄｄｉ２は間隔Ｄｓｗ２よりも小さい。例えば、間隔Ｄｄｉ２は間隔Ｄｄｉ１と等しい。間隔Ｄｄｉ２は、例えば１ｍｍ以上９ｍｍ以下である。複数の第２ダイオード５００のＸ１－Ｘ２方向における平均間隔ＡＤｄｉ２は間隔Ｄｄｉ２である。

【0041】

第２トランジスタ４００の平均間隔ＡＤｓｗ２は第２ダイオード５００の平均間隔ＡＤｄｉ２よりも大きい。

【0042】

第１領域１１１は平面視で複数の第１トランジスタ２００を囲む最小の矩形領域（第１矩形領域の一例）であり、第２領域１１２は平面視で複数の第１ダイオード３００を囲む最小の矩形領域（第２矩形領域の一例）である。また、第３領域１１３は平面視で複数の第２トランジスタ４００を囲む最小の矩形領域（第１矩形領域の一例）であり、第４領域１１４は平面視で複数の第２ダイオード５００を囲む最小の矩形領域（第２矩形領域の一例）である。

【0043】

ここで、第１実施形態に係る半導体モジュール１の回路構成について説明する。図４は、第１実施形態に係る半導体モジュールを示す回路図である。

【0044】

複数の第１トランジスタ２００は、互いに電気的に並列に接続されている。複数の第１ダイオード３００は、互いに電気的に並列に接続されている。複数の第２トランジスタ４００は、互いに電気的に並列に接続されている。複数の第２ダイオード５００は、互いに電気的に並列に接続されている。なお、図４には、第１トランジスタ２００、第１ダイオード３００、第２トランジスタ４００及び第２ダイオード５００を１個ずつのみ図示する。

【0045】

図４に示すように、第１トランジスタ２００のドレイン電極２３３と第１ダイオード３００のカソード電極３３３とがＰ端子１０１に共通に接続され、第１トランジスタ２００のソース電極２３２と第１ダイオード３００のアノード電極３３２とがＯ端子１０３に共通に接続されている。つまり、第１トランジスタ２００と第１ダイオード３００とが、Ｐ端子１０１とＯ端子１０３との間に並列に接続されている。また、第２トランジスタ４００のドレイン電極４３３と第２ダイオード５００のカソード電極５３３とがＯ端子１０３に共通に接続され、第２トランジスタ４００のソース電極４３２と第２ダイオード５００のアノード電極５３２とがＮ端子１０２に共通に接続されている。つまり、第２トランジスタ４００と第２ダイオード５００とが、Ｎ端子１０２とＯ端子１０３との間に並列に接続されている。第１トランジスタ２００及び第１ダイオード３００を含む上アーム１８１が構成され、第２トランジスタ４００及び第２ダイオード５００を含む下アーム１８２が構成されている。

【0046】

第１トランジスタ２００の動作時の発熱密度は第１ダイオード３００の動作時の発熱密度よりも大きい。ここで、素子の発熱密度とは、当該素子を動作させたときに発生する熱量（発熱量）を、当該素子の厚さ方向に垂直な面の面積で除して得られる値である。発熱量は、当該素子の導通損失とスイッチング損失との和に等しい。第１トランジスタ２００の平面形状が３ｍｍ×３ｍｍであり、３個の第１トランジスタ２００の総発熱量が８０Ｗである場合、各第１トランジスタ２００の発熱密度は、８０Ｗ／（９ｍｍ^２×３）で２．９６Ｗ／ｍｍ^２である。第１ダイオード３００は、第１トランジスタ２００のスイッチング動作時のリカバリ損失を改善する。このため、第１ダイオード３００には、スイッチング動作時に損失が生じものの、導通損失は発生しない。従って、第１ダイオード３００の動作時の発熱密度は第１トランジスタ２００の動作時の発熱密度よりも小さい。

【0047】

第１ダイオード３００の発熱密度は低いため、第１ダイオード３００の間隔Ｄｄｉ１は小さくてよい。一方、第１トランジスタ２００の間隔Ｄｓｗ１が間隔Ｄｄｉ１と等しい場合、次のように、第１トランジスタ２００の温度のばらつきが大きくなる。

【0048】

ここで、３個の第１トランジスタ２００のうちでＸ１側の端に配置されたものを第１トランジスタ２００Ａ、中央に配置されたものを第１トランジスタ２００Ｂ、Ｘ２側の端に配置されたものを第１トランジスタ２００Ｃとする。第１トランジスタ２００で発生した熱は、ドレイン電極２３３から第１接合材１３１、第１導電層１１、絶縁基板１２３、第８導電層１８、第５接合材１３８を介して放熱板１２１に伝搬する。また、熱は放射状に伝搬する。このため、間隔Ｄｓｗ１が間隔Ｄｄｉ１と等しい場合、第１トランジスタ２００Ｂで発生した熱は、第１トランジスタ２００Ａで発生した熱及び第１トランジスタ２００Ｃで発生した熱よりも外部に放出されにくい。この結果、第１トランジスタ２００の温度のばらつきが大きくなる。一方、本実施形態では、第１トランジスタ２００の間隔Ｄｓｗ１が第１ダイオード３００の間隔Ｄｄｉ１よりも大きい。このため、第１トランジスタ２００Ｂで発生した熱も外部に放出されやすく、第１トランジスタ２００の温度のばらつきが低減される。

【0049】

また、第２トランジスタ４００の動作時の発熱密度は第２ダイオード５００の動作時の発熱密度よりも大きい。第２トランジスタ４００の間隔Ｄｓｗ２が第２ダイオード５００の間隔Ｄｄｉ２と等しい場合、第２トランジスタ４００の温度のばらつきが大きくなる。一方、本実施形態では、第２トランジスタ４００の間隔Ｄｓｗ２が第２ダイオード５００の間隔Ｄｄｉ２よりも大きいため、中央の第２トランジスタ４００で発生した熱も外部に放出されやすく、第２トランジスタ４００の温度のばらつきが低減される。

【0050】

このため、本実施形態によれば、小型化を実現しながら、寿命を長くし、信頼性を向上できる。つまり、本実施形態によれば、小型化と信頼性の向上とを両立できる。

【0051】

また、間隔Ｄｓｗ１が一定であると、第１トランジスタ２００を配置しやすく、間隔Ｄｄｉ１が一定であると、第１ダイオード３００を配置しやすい。間隔Ｄｓｗ２が一定であると、第２トランジスタ４００を配置しやすく、間隔Ｄｄｉ２が一定であると、第２ダイオード５００を配置しやすい。

【0052】

但し、間隔Ｄｓｗ１及び間隔Ｄｄｉ１は一定である必要はなく、平均間隔ＡＤｓｗ１が平均間隔ＡＤｄｉ１よりも大きければよい。また、間隔Ｄｓｗ２及び間隔Ｄｄｉ２は一定である必要はなく、平均間隔ＡＤｓｗ２が平均間隔ＡＤｄｉ２よりも大きければよい。

【0053】

第１接合材１３１、第２接合材１４１、第３接合材１３２及び第４接合材１４２は、例えばペースト状又はペレット状のはんだのリフローにより形成できる。ペースト状のはんだを用いる場合、印刷法による一括塗布を行ってもよい。

【0054】

第１接合材１３１の各々が１個の第１トランジスタ２００を第１導電層１１に接合し、第２接合材１４１の各々が１個の第１ダイオード３００を第１導電層１１に接合している。このため、製造時に第１トランジスタ２００及び第１ダイオード３００の位置ずれを抑制しやすい。また、第３接合材１３２の各々が１個の第２トランジスタ４００を第２導電層１２に接合し、第４接合材１４２の各々が１個の第２ダイオード５００を第２導電層１２に接合している。このため、製造時に第２トランジスタ４００及び第２ダイオード５００の位置ずれを抑制しやすい。

【0055】

第１接合材１３１の材料と第２接合材１４１の材料とが同一であることが好ましい。これは、第１接合材１３１及び第２接合材１４１を同時に形成しやすいためである。同様に、第３接合材１３２の材料と第４接合材１４２の材料とが同一であることが好ましい。これは、第３接合材１３２及び第４接合材１４２を同時に形成しやすいためである。特に、第１接合材１３１、第２接合材１４１、第３接合材１３２及び第４接合材１４２のそれぞれの材料が同一であることが好ましい。

【0056】

また、第１接合材１３１の厚さと第２接合材１４１の厚さとが等しいことが好ましい。これは、第１接合材１３１及び第２接合材１４１を同時に形成しやすいためである。同様に、第３接合材１３２の厚さと第４接合材１４２の厚さとが等しいことが好ましい。これは、第３接合材１３２及び第４接合材１４２を同時に形成しやすいためである。特に、第１接合材１３１、第２接合材１４１、第３接合材１３２及び第４接合材１４２のそれぞれの厚さが等しいことが好ましい。

【0057】

第１トランジスタ２００及び第２トランジスタ４００は、炭化珪素を用いて構成されたＭＯＳ（metal-oxide-semiconductor）電界効果トランジスタ（field effect transistor）等の電界効果トランジスタであってもよい。つまり、第１トランジスタ２００及び第２トランジスタ４００は炭化珪素系トランジスタ素子であってもよい。第１ダイオード３００及び第２ダイオード５００は、炭化珪素を用いて構成されたショットキーバリアダイオードあってもよい。つまり、第１ダイオード３００及び第２ダイオード５００は炭化珪素系ショットキーバリアダイオード素子であってもよい。炭化珪素を用いることにより、優れた耐圧が得られる。

【0058】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、主としてダイオードの配列の点で第１実施形態と相違する。図５は、第２実施形態に係る半導体モジュールを示す上面図である。

【0059】

図５に示すように、第２実施形態に係る半導体モジュール２では、第１ダイオード３００及び第２ダイオード５００の数が６個である。

【0060】

６個の第１ダイオード３００は第２領域１１２に配置されている。第１ダイオード３００はＸ１－Ｘ２方向に３個、Ｙ１－Ｙ２方向に２個並ぶ。第１ダイオード３００のＸ１－Ｘ２方向の間隔及びＹ１－Ｙ２方向の間隔は間隔Ｄｄｉ１である。Ｙ１－Ｙ２方向に並ぶ第１ダイオード３００の間では、アノード電極３３２同士が複数のボンディングワイヤ１６５により接続されている。

【0061】

同様に、６個の第２ダイオード５００は第４領域１１４に配置されている。第２ダイオード５００はＸ１－Ｘ２方向に３個、Ｙ１－Ｙ２方向に２個並ぶ。第２ダイオード５００のＸ１－Ｘ２方向の間隔及びＹ１－Ｙ２方向の間隔は間隔Ｄｄｉ２である。Ｙ１－Ｙ２方向に並ぶ第２ダイオード５００の間では、アノード電極５３２同士が複数のボンディングワイヤ１７５により接続されている。

【0062】

第２実施形態においても、間隔Ｄｄｉ１は間隔Ｄｓｗ１よりも小さく、間隔Ｄｄｉ２は間隔Ｄｓｗ２よりも小さい。また、第１トランジスタ２００の平均間隔ＡＤｓｗ１は第１ダイオード３００の平均間隔ＡＤｄｉ１よりも大きく、第２トランジスタ４００の平均間隔ＡＤｓｗ２は第２ダイオード５００の平均間隔ＡＤｄｉ２よりも大きい。

【0063】

他の構成は第１実施形態と同様である。半導体モジュール２は半導体装置の一例である。

【0064】

第２実施形態によっても、第１トランジスタ２００の温度のばらつき及び第２トランジスタ４００の温度のばらつきが低減され、寿命を長くし、信頼性を向上できる。

【0065】

なお、第２実施形態のように、ダイオード素子が複数の列をなして配置されている場合、ダイオード素子の間隔には、Ｘ１－Ｘ２方向の間隔だけでなく、Ｙ１－Ｙ２方向の間隔も含まれる。すなわち、平均間隔は、Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向の間隔の平均値である。

【0066】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は、主としてトランジスタ及びダイオードの配列の点で第１実施形態と相違する。図６は、第３実施形態に係る半導体モジュールを示す上面図である。図７及び図８は、第３実施形態に係る半導体モジュールを示す断面図である。図７は、図６中のVII-VII線に沿った断面図に相当する。図８は、図６中のVIII-VIII線に沿った断面図に相当する。

【0067】

図６～図８に示すように、第３実施形態に係る半導体モジュール３では、第１トランジスタ２００、第２トランジスタ４００、第１ダイオード３００及び第２ダイオード５００の数が、すべて４個である。

【0068】

４個の第１トランジスタ２００はＸ１－Ｘ２方向に一列に並ぶ。Ｘ１－Ｘ２方向の中央に配置された２個の第１トランジスタ２００の間隔は間隔Ｄｓｗ１ａである。Ｘ１側の端部に配置された２個の第１トランジスタ２００の間隔は間隔Ｄｓｗ１ｂであり、Ｘ２側の端部に配置された２個の第１トランジスタ２００の間隔は間隔Ｄｓｗ１ｂである。間隔Ｄｓｗ１ａは間隔Ｄｓｗ１ｂよりも大きい。このように、４個の第１トランジスタ２００のうちで隣り合う２個の第１トランジスタ２００の間隔は、第１領域１１１の重心Ｇ１に近い第１トランジスタ２００の組み合わせほど大きい。間隔Ｄｓｗ１ａは、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、間隔Ｄｓｗ１ｂは、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

【0069】

４個の第１ダイオード３００はＸ１－Ｘ２方向に一列に並ぶ。Ｘ１－Ｘ２方向の中央に配置された２個の第１ダイオード３００の間隔は間隔Ｄｄｉ１ａである。Ｘ１側の端部に配置された２個の第１ダイオード３００の間隔は間隔Ｄｄｉ１ｂであり、Ｘ２側の端部に配置された２個の第１ダイオード３００の間隔は間隔Ｄｄｉ１ｂである。間隔Ｄｄｉ１ａは間隔Ｄｄｉ１ｂよりも大きい。このように、４個の第１ダイオード３００のうちで隣り合う２個の第１ダイオード３００の間隔は、第２領域１１２の重心Ｇ２に近い第１ダイオード３００の組み合わせほど大きい。間隔Ｄｄｉ１ａは、例えば１ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、間隔Ｄｄｉ１ｂは、例えば２ｍｍ以上９ｍｍ以下である。

【0070】

また、第１トランジスタ２００の平均間隔は第１ダイオード３００の平均間隔よりも大きい。間隔Ｄｄｉ１ａ及びＤｄｉ１ｂは間隔Ｄｓｗ１ａ及びＤｓｗ１ｂよりも小さいことが好ましい。

【0071】

４個の第２トランジスタ４００はＸ１－Ｘ２方向に一列に並ぶ。Ｘ１－Ｘ２方向の中央に配置された２個の第２トランジスタ４００の間隔は間隔Ｄｓｗ２ａである。Ｘ１側の端部に配置された２個の第２トランジスタ４００の間隔は間隔Ｄｓｗ２ｂであり、Ｘ２側の端部に配置された２個の第２トランジスタ４００の間隔は間隔Ｄｓｗ２ｂである。間隔Ｄｓｗ２ａは間隔Ｄｓｗ２ｂよりも大きい。このように、４個の第２トランジスタ４００のうちで隣り合う２個の第２トランジスタ４００の間隔は、第３領域１１３の重心Ｇ３に近い第２トランジスタ４００の組み合わせほど大きい。間隔Ｄｓｗ２ａは、例えば３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、間隔Ｄｓｗ２ｂは、例えば２ｍｍ以上９ｍｍ以下である。

【0072】

４個の第２ダイオード５００はＸ１－Ｘ２方向に一列に並ぶ。Ｘ１－Ｘ２方向の中央に配置された２個の第２ダイオード５００の間隔は間隔Ｄｄｉ２ａである。Ｘ１側の端部に配置された２個の第２ダイオード５００の間隔は間隔Ｄｄｉ２ｂであり、Ｘ２側の端部に配置された２個の第２ダイオード５００の間隔は間隔Ｄｄｉ２ｂである。間隔Ｄｄｉ２ａは間隔Ｄｄｉ２ｂよりも大きい。このように、４個の第２ダイオード５００のうちで隣り合う２個の第２ダイオード５００の間隔は、第４領域１１４の重心Ｇ４に近い第２ダイオード５００の組み合わせほど大きい。間隔Ｄｄｉ２ａは、例えば２ｍｍ以上９ｍｍ以下であり、間隔Ｄｄｉ２ｂは、例えば１ｍｍ以上８ｍｍ以下である。

【0073】

また、第２トランジスタ４００の平均間隔は第２ダイオード５００の平均間隔よりも大きい。間隔Ｄｄｉ２ａ及びＤｄｉ２ｂは間隔Ｄｓｗ２ａ及びＤｓｗ２ｂよりも小さいことが好ましい。

【0074】

他の構成は第１実施形態と同様である。半導体モジュール３は半導体装置の一例である。

【0075】

第３実施形態によっても、第１トランジスタ２００の温度のばらつき及び第２トランジスタ４００の温度のばらつきが低減され、寿命を長くし、信頼性を向上できる。更に、４個の第１トランジスタ２００のうちで第１領域１１１の重心に近い第１トランジスタ２００で発生した熱をより放出させやすく、４個の第２トランジスタ４００のうちで第３領域１１３の重心に近い第２トランジスタ４００で発生した熱をより放出させやすくできる。また、４個の第１ダイオード３００のうちで第２領域１１２の重心に近い第１ダイオード３００で発生した熱をより放出させやすく、４個の第２ダイオード５００のうちで第４領域１１４の重心に近い第２ダイオード５００で発生した熱をより放出させやすくできる。従って、信頼性を更に向上させやすい。

【0076】

また、本開示において、隣り合うスイッチング素子の間隔が一定である必要はなく、隣り合うダイオード素子の間隔が一定である必要はない。ただし、隣り合うスイッチング素子の間隔の最小値が、隣り合うダイオード素子の間隔の最大値よりも大きいことが好ましい。

【0077】

以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0078】

１、２、３：半導体モジュール（半導体装置）
１１：第１導電層
１２：第２導電層
１３：第３導電層
１４：第４導電層
１５：第５導電層
１６：第６導電層
１７：第７導電層
１８：第８導電層
１０１：Ｐ端子
１０２：Ｎ端子
１０３：Ｏ端子
１０４：第１ゲート端子
１０５：第２ゲート端子
１０６：第１センスソース端子
１０７：第２センスソース端子
１１１：第１領域
１１２：第２領域
１１３：第３領域
１１４：第４領域
１２１：放熱板
１２２：筐体
１２３：絶縁基板
１３１：第１接合材
１３２：第３接合材
１３８：第５接合材
１４１：第２接合材
１４２：第４接合材
１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５：ボンディングワイヤ
１８１：上アーム
１８２：下アーム
１９１、１９２：側壁部
１９３、１９４：端壁部
２００：第１トランジスタ（スイッチング素子）
２３１、４３１：ゲート電極
２３２、４３２：ソース電極
２３３、４３３：ドレイン電極
３００：第１ダイオード（ダイオード素子）
３３２、５３２：アノード電極
３３３、５３３：カソード電極
４００：第２トランジスタ（スイッチング素子）
５００：第２ダイオード（ダイオード素子）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】